CN102986076A - 燃料电池包及具备该燃料电池包的燃料电池模块 - Google Patents

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Abstract

能够高效率地向燃料电池单元组供给足量的反应气体。沿着第一方向延伸的柱状的多个燃料电池单元组(3)以该燃料电池单元组(3)的侧面彼此对置的方式隔开间隔进行排列，燃料电池单元组(3)沿着第一方向具有第一气体流路(12)，并且，具有沿着与第一方向交叉的第二方向排列配置并串联连接的多个燃料电池单元(13)，在相邻的燃料电池单元组(3)之间具备连接构件(21)和第二气体流路限制构件(22)，该连接构件(21)将相邻的燃料电池单元组(3)的燃料电池单元(13)彼此电连接，该第二气体流路限制构件(22)用于在其与该连接构件(21)之间形成沿着第一气体流路(12)的第二气体流路(23)。

Description

燃料电池包及具备该燃料电池包的燃料电池模块
技术领域
本发明涉及燃料电池包及具备该燃料电池包的燃料电池模块。
背景技术
近年来，作为下一代能源，提出了经由连接构件将多个燃料电池单元组电连接而成的燃料电池包，其中，该燃料电池单元组通过将多个燃料电池单元连接而成。
作为这种燃料电池单元组，已知有将多个燃料电池单元经由中间连接器电连接的结构。燃料电池单元在电绝缘性的支承体的侧面上依次层叠有燃料极、固体电解质及空气极。并且，已知有将多个燃料电池单元组配设成锯齿状，并经由连接构件将相邻的燃料电池单元组彼此电连接的燃料电池包(参照专利文献1)。
【在先技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本特开2007-134230号公报
发明内容
【发明要解决的课题】
然而，如上述专利文献1那样，呈锯齿状地配设燃料电池单元组，即使向燃料电池单元组间大量供给反应气体，被供给到相邻的燃料电池单元组间的反应气体也会从燃料电池单元组间向侧方流出，从而无法将足量的反应气体向构成燃料电池单元组的燃料电池单元高效地供给，存在难以提高燃料电池包的发电效率的课题。
因而，本发明提供一种能够高效率地向燃料电池单元组供给足量的反应气体的燃料电池包及具备该燃料电池包的燃料电池模块。
【用于解决课题的手段】
本发明的燃料电池包的特征在于，沿着第一方向延伸的柱状的多个燃料电池单元组以该燃料电池单元组的侧面彼此对置的方式隔开间隔进行排列，所述燃料电池单元组沿着所述第一方向具有第一气体流路，并且，具有沿着与所述第一方向交叉的第二方向排列配置并串联连接的多个燃料电池单元，在相邻的所述燃料电池单元组之间具备连接构件和第二气体流路限制构件，该连接构件将所述相邻的燃料电池单元组的燃料电池单元彼此电连接，该第二气体流路限制构件用于在其与该连接构件之间形成沿着所述第一气体流路的第二气体流路。
另外，本发明的燃料电池模块通过将上述的燃料电池包收纳在收纳容器内而成。
【发明效果】
根据本发明，能够向构成燃料电池单元组的燃料电池单元高效地供给足量的反应气体，能够提高燃料电池包的发电输出。
附图说明
图1是表示构成燃料电池包的燃料电池单元组的主视图。
图2是图1所示的燃料电池单元组的A-A线横向剖视图。
图3是表示燃料电池单元的详细的结构的放大剖视图。
图4中，(a)是第一方式的燃料电池包的剖视图，(b)是(a)的燃料电池包的侧视图。
图5是表示在比配置于最侧方的燃料电池单元靠外方的位置处配置有连接构件、第二气体流路限制构件的第二方式的燃料电池包的剖视图。
图6是表示在连接构件与第二气体流路限制构件之间配置有间隔件的第三方式的剖视图。
图7是表示相邻的燃料电池单元组的图，(a)是表示将相邻的燃料电池单元组的对置的侧面的燃料电池单元以分别位于之间的方式配置的第四方式的燃料电池包的说明图，(b)是表示在相邻的燃料电池单元组的对置面上将燃料电池单元以对置的方式配置的第五方式的燃料电池包的说明图。
图8是表示将2个燃料电池包以连接构件成为内侧的方式并列设置的状态的剖视图。
具体实施方式
使用图1、2，说明燃料电池包所使用的燃料电池单元组3。需要说明的是，在图1中，省略单元间连接构件的记载。在图1～图8中，为了容易理解，有时将厚度、长度、宽度等放大缩小来表示。
在图1、2中，燃料电池单元组3是沿着第一方向延伸的柱状，在细长的中空板状的支承体11的侧面上，沿着该支承体11的长度方向，将矩形形状的多个燃料电池单元13沿着与第一方向交叉的第二方向排列而形成燃料电池单元组3。因此，燃料电池单元组3的长度方向成为第一方向。需要说明的是，在图2中，支承体11为剖面，但省略了剖面线。而且，第一方向与第二方向未必非要正交。
在该方式中，燃料电池单元13在中空板状的支承体11的一方的侧面上形成2个，在另一方的侧面上形成2个，总计形成4个。
多个燃料电池单元13如图1所示是在主视下分别具有长边和短边的细长的长方形形状，其长边的延伸方向成为支承体11的长度方向。并且，燃料电池单元13的相邻的多个长边彼此对置。由于支承体1的长度方向也为第一方向，因此有时将第一方向称为支承体11的长度方向。而且，由于支承体11的宽度方向也为与第一方向交叉的第二方向，因此有时将第二方向称为支承体1的宽度方向。
如图2所示，支承体11具有一对相互对置的平坦的侧面，各个侧面的两侧方由弧状面连接，呈椭圆柱状的形状。在其内部，从支承体11的长度方向的一端部贯通至另一端部的一流路以上(在图中为6个)的独立的第一气体流路12沿着支承板11的长度方向(与图2的纸面垂直的方向)设置。并且，燃料气体(氢气)在该第一气体流路12的内部从支承板11的长度方向的一端部到另一端部流动，由此向设置在支承板11的各个侧面上的燃料电池单元13供给燃料气体。从防止燃料电池单元13彼此的电气短路的观点出发，支承体11由绝缘性材料形成。
需要说明的是，在图1中，支承体11的宽度尺寸(相当于两端的弧状面间的距离)D为例如15mm～80mm，优选为30mm～80mm的范围，其长度尺寸L为例如100mm～300mm，优选为150mm～250mm的范围。
另外，支承体11为多孔质，其开气孔率设定为例如25％以上，优选设定为30％～45％的范围。由此，能够将第一气体流路12内的燃料气体导入至燃料极17的表面。需要说明的是，图1是燃料电池单元组，但在该图中，表示了支承体11的宽度D、长度L。
燃料电池单元13将作为内侧电极的燃料极17、固体电解质19、及作为外侧电极的空气极18层叠而构成，燃料极17、固体电解质19、空气极18重叠的部分作为发电部发挥功能。燃料电池单元13层叠在支承体11的侧面上。在固体电解质19上沿着燃料电池单元13的长度方向设有开口部，在此形成导电性的中间连接器14，并与设于支承体11的燃料极17连接。中间连接器14具有将通过燃料电池单元13产生的电流向相邻的燃料电池单元13的表面引出的功能。
燃料电池单元13的空气极18和与该燃料电池单元13相邻的燃料电池单元13的中间连接器14通过单元连接构件15连接，4个燃料电池单元13电串联连接。为了将支承体11的表背的燃料电池单元13电连接，在图2中，在左侧的弧状面的部分形成有单元连接构件15。而且，在燃料电池单元组3中，在串联连接的两端的燃料电池单元的中间连接器14和空气极18上连接有用于与相邻的燃料电池单元组3电连接的单元组连接构件16。
使用图3说明燃料电池单元13的详细结构。图3是表示燃料电池单元13的详细结构的放大剖视图。
在支承体11整体的表面上形成有用于防止支承体材料的扩散的扩散防止层11a。在其上方，对应于燃料电池单元13的形状而形成使氢气透过的燃料极17。燃料极17在该例子中由集电燃料极17a和活性燃料极17b这两层构成。
而且，在燃料极17上形成有固体电解质19。该固体电解质19以将后述的设置中间连接器14的开口部以外的燃料极17及支承体11覆盖的方式形成，且也形成在该燃料极17与相邻的燃料电池单元13之间。由此，能够减少在设于支承体11的第一气体流路12中流动的燃料气体的漏气。
在固体电解质19设有在沿着燃料电池单元13的长边的方向上延伸的开口部，在该开口部形成有用于从燃料极17取出电力的中间连接器14。中间连接器14在图3中由金属层14a和金属玻璃层14b这双层结构构成。
需要说明的是，在图3中，虽然使用了金属玻璃层14b，但也可以取代金属玻璃层14b而使用以往公知的导电性氧化物材料，例如，可以使用(La、Sr)CrO3、(La、Sr)(Co、Fe)O3、(La、Sr)MnO3等。
而且，在固体电解质19上，隔着用于防止空气极18与固体电解质19的反应的反应防止层20而形成有空气极18。由于从该空气极18和中间连接器14取出燃料电池单元13的正负的电力，因此空气极18与中间连接器14以不接触的方式配置。
而且，在其上方，形成有多孔质的单元连接构件15。单元连接构件15是用于将1个燃料电池单元13的空气极18和与之相邻的另一燃料电池单元13的中间连接器14连接的导电性的构件。该单元连接构件15既可以是沿着燃料电池单元13的长度方向延伸的一个构件，也可以由将燃料电池单元13彼此的多个部位连接的多个构件构成。通过该单元连接构件15，将从支承体11的长度方向的一端部到另一端部配置的燃料电池单元13彼此电串联连接。
并且，在燃料电池单元组3的右侧的侧部设置的燃料电池单元13上形成有用于与相邻的燃料电池单元组3电连接的多孔质的单元组连接构件16。单元组连接构件16可以使用与上述的单元连接构件15同等的材质，能够将在第一燃料电池单元组3的右侧的侧部设置的燃料电池单元13与在第二燃料电池单元组3的右侧的侧部设置的燃料电池单元13经由单元组连接构件16、后述的连接构件21进行电连接。
需要说明的是，如图2所示，在支承体11的上表面设置且在左侧的最侧部配置的燃料电池单元13与同样地在下表面设置且在左侧的最侧部配置的燃料电池单元13经由中间连接器14以使单元连接构件15旋入的方式配置，由此进行电连接。即使是在这种支承体11的上下表面设置的燃料电池单元13，若利用单元连接构件15将它们连接，则也处于彼此相邻的关系。
如以上说明那样，在上述方式的燃料电池单元组3中，相邻的燃料电池单元13彼此通过单元连接构件15电连接。即，一方的燃料电池单元13的燃料极17经由中间连接器14，通过单元连接构件15，而与相邻的另一方的燃料电池单元13的空气极18连接。
需要说明的是，如图2所示，支承体11的右侧的燃料电池单元13的中间连接器14′成为用于与相邻配置的燃料电池单元组3连接的极。而且，如图2所示，同样地，支承体11的右侧的燃料电池单元13的空气极18′也成为用于与相邻的燃料电池单元组3连接的极。为了将这些极连接，而形成有详细情况后述的连接构件(未图示)。
在此，如以往那样，在沿着支承体的长度方向排列有多个燃料电池单元的燃料电池单元组的情况下，可能会产生如下弊端：向位于燃料气体的下游的燃料电池单元供给的燃料气体的量比在位于上游的燃料电池单元的发电中使用且向位于燃料气体的上游的燃料电池单元13供给的燃料气体的量减少，从而燃料枯竭。
相对于此，在上述的燃料电池单元组3中，在支承体11的侧面上从一端部到另一端部设置的燃料电池单元13的长边彼此沿着支承体11的宽度方向由单元连接构件15、单元组连接构件16连接，因此电流的流动方向成为支承体11的长度方向即与燃料气体的流动方向大致成直角的方向。因此，即使引起向燃料电池单元13的下游侧的气体供给量减少的燃料枯竭，而使燃料电池单元13的下游侧的发电量下降，作为燃料电池单元组3整体，也能确保电流的流动的路径。因此，不会直接导致整体的发电能力的下降，燃料电池单元组3的寿命延长。
在该燃料电池单元组3中，含氢的燃料气体在第一气体流路12内流动而使支承体11暴露在还原气氛中，并且详细情况如后所述，空气等含氧气体在空气极18的表面流动而使空气极18暴露在氧化气氛中，由此，通过燃料极17及空气极18产生电极反应，在两极间产生电位差，能够发电。
另外，在该燃料电池单元组3中，每一个燃料电池单元组3形成有多个燃料电池单元13，因此根据其个数，能够提高各燃料电池单元组3的发电电压。因此，通过少数的燃料电池单元组3能得到高电压。
另外，支承体11具有板状的形状，并将燃料电池单元13配置在其两侧面，因此燃料电池单元组3的单位体积的燃料电池单元13的面积增大，其结果是，能够增大燃料电池单元组3的单位体积的发电量。因此，能够减少用于得到必要的发电量的燃料电池单元组3的个数。其结果是，结构变得简易，组装变得简单，并且能够提高燃料电池单元组3的可靠性。
以下，说明燃料电池单元组3的材料·组成。
作为支承体11的组成，可以列举如下的例子。支承体11在NiO换算下含有6～22mol％的Ni，在Y2O3或Yb2O3换算下含有5～15mol％的Y及/或Yb，在MgO换算下含有68～84mol％的Mg。设为这种组成的原因是，能够减小与固体电解质19的收缩率差，能够防止固体电解质19的破裂。
集电燃料极17a主要具有用于使发电的电流流过中间连接器14、单元连接构件15、单元组连接构件16的功能，由多孔质的导电性金属陶瓷形成。该多孔质的导电性金属陶瓷例如由Ni和稀土类元素氧化物构成。作为稀土类元素氧化物，特别优选Y2O3、Yb2O3。
活性燃料极17b由多孔质的导电性金属陶瓷形成。该多孔质的导电性金属陶瓷例如由稀土类元素所固溶的ZrO2(稳定化氧化锆)和Ni及/或Ni氧化物(NiO等)构成。而且，作为稳定化氧化锆，可以使用与固体电解质19的材料同样的材料。
在活性燃料极17b中，稳定化氧化锆(含有部分稳定化氧化锆)的混合比例相对于活性燃料极17b的总量，优选为35体积％～65体积％的范围，Ni及/或Ni氧化物的混合比例相对于活性燃料极17b的总量，优选为35体积％～65体积％的范围。而且，活性燃料极17b的开气孔率为例如15％以上，进而为20％～40％的范围，为了发挥良好的集电性能而厚度为例如1μm～100μm的范围。
固体电解质19由固溶有稀土类或其氧化物的稳定化ZrO2所构成的致密质的陶瓷形成。在此，作为固溶的稀土类元素或其氧化物，可列举Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等或它们的氧化物等。通过使用Y、Yb或它们的氧化物而能够减少原料成本。
具体而言，作为固体电解质19，可列举固溶有8摩尔％的Y的稳定化ZrO2(8mol％Yttria Stabilized Zirconia，以下称为“8YSZ”)。而且，可列举出收缩率与8YSZ大致相等的镓酸镧系(LaGaO3系)固体电解质。
固体电解质19例如厚度为10μm～100μm，例如，基于阿基米德法的相对密度设定为93％以上，优选设定为95％以上的范围。
这种固体电解质19具有进行电极间的电子的架桥的作为电解质的功能，并且为了防止燃料气体或含氧气体的漏泄(气体透过)而具有气体隔断性。
空气极18由多孔质的导电性陶瓷形成。作为导电性陶瓷，列举出例如ABO3型的钙钛矿型氧化物。作为这种钙钛矿型氧化物，可列举例如过渡金属型钙钛矿氧化物，优选为LaMnO3系氧化物、LaFeO3系氧化物、LaCoO3系氧化物等，尤其是A位置具有La的过渡金属型钙钛矿氧化物。从600℃～1000℃左右的比较低温下的高导电性的观点出发，更优选为LaCoO3系氧化物。而且，在前述的钙钛矿型氧化物中，可以在A位置共存有La及Sr，而且，也可以在B位置共存有Fe、Co及Mn。这种空气极18能够产生电极反应。
另外，空气极18的开气孔率设定为例如20％以上，优选为30％～50％的范围。若开气孔率处于前述的范围内，则空气极18能够具有良好的气体透过性。
另外，空气极18的厚度可以设定为例如30μm～100μm的范围，空气极18能够具有良好的集电性。
中间连接器14将一方的燃料电池单元13的燃料极17与另一方的燃料电池单元13的空气极18电连接，中间连接器14由金属层14a和含有玻璃的金属玻璃层14b这双层结构构成。也可以取代金属玻璃层14b，而如上述那样，使用以往公知的由导电性氧化物材料构成的层。作为导电性氧化物材料，可列举铬酸镧系氧化物等。
需要说明的是，虽然对燃料电池单元组的结构构件的材料进行了说明，但并未限定于此。而且，在前述的方式中，具有燃料电池单元13的内侧电极为燃料极17而外侧电极为空气极18的多层结构，但两电极的位置关系可以颠倒。即，能够形成在支承体11的侧面上依次层叠空气极18、固体电解质19、燃料极17而成的燃料电池单元。这种情况下，空气等含氧气体在支承体11的第一气体流路内流动，氢等燃料气体在作为外侧电极的燃料极17的表面流动。
使用图4说明连接有前述的燃料电池单元组3的第一方式的燃料电池包4。
如图4所示，多个燃料电池单元组3在朝向相同的方向使宽度一致的状态下排列成直线状，在相邻的燃料电池单元组3的右侧的侧部间具备沿着支承体11的长度方向的导电性的连接构件21。该连接构件21将燃料电池单元组3彼此电连接。而且，在相邻的燃料电池单元组3的左侧的侧部间设有沿着支承体11的长度方向的第二气体流路限制构件22。
换言之，沿着第一方向延伸的柱状的多个燃料电池单元组3以该燃料电池单元组3的侧面彼此对置的方式隔开规定间隔排列成一列，在相邻的燃料电池单元组3间，连接构件21及第二气体流路限制构件22分别沿着支承体11的长度方向设置，该连接构件21将相邻的燃料电池单元组3的燃料电池单元13彼此电连接，该第二气体流路限制构件22用于在其与该连接构件21之间形成沿着第一气体流路12的第二气体流路23。
并且，各燃料电池单元组3的下端部插入而固定于向一方向细长地延伸的长方体形状的燃料气体罐2。在燃料气体罐2的上壁设有1个开口2a，在开口2a的内侧配置燃料电池包4，开口部2a由耐热性的玻璃等密封材料24进行气体密封。
需要说明的是，作为燃料电池包4的向燃料气体罐2的固定方法，可以在燃料气体罐2的上壁形成沿着宽度方向延伸的多个狭缝，将燃料电池单元组3分别插入，并利用玻璃等进行气体密封。作为密封材料24所使用的玻璃的材料，可以使用例如硼硅酸玻璃等耐热玻璃。
在燃料气体罐2连接有未图示的用于将燃料气体向燃料气体罐2供给的燃料气体供给管，将从燃料气体供给管供给来的燃料气体向各燃料电池单元组3供给。并且，如前述那样，燃料气体通过设置在支承体11的内部的第一气体流路12，在燃料电池单元组3的内部从燃料电池单元组3的下端部到上端部流动。
对燃料电池单元组3内的电力的流动进行说明，由燃料电池单元13A发电的电流经由中间连接器14及单元连接构件15向燃料电池单元13B流入。向燃料电池单元13B流入的电流及由燃料电池单元13B发电的电流经由中间连接器14及单元连接构件15向燃料电池单元13C流入。同样地，向燃料电池单元13C流入的电流及由燃料电池单元13C发电的电流经由中间连接器14及单元连接构件15向燃料电池单元13D流入，由此，电流流过燃料电池单元组3。然后，向燃料电池单元13D流入的电流及由燃料电池单元13D发电的电流经由单元组连接构件16及连接构件21向相邻的上方的燃料电池单元组3的燃料电池单元13流动。如此，燃料电池包4将燃料电池单元组3电串联连接而构成。
因此，流过燃料电池单元组3的电流沿着与支承体11的长度方向垂直的方向流动，即使在由于燃料电池单元13的燃料枯竭而位于燃料电池单元组3的燃料气体的下游侧的部位的燃料电池单元13发生了劣化的情况下，与以往的横纹型的燃料电池相比，通过位于燃料气体的上游侧的部位的燃料电池单元13也能够减少燃料电池包4的劣化，从而能够提高燃料电池包4的发电效率。
另外，由于不将燃料电池单元组3排列成锯齿状而排列成直线状，因此能够减少燃料电池包4在支承体11的宽度方向上变宽的情况，能够形成为紧凑的燃料电池包4。
在此，如前述那样，向燃料电池单元组3的表面供给空气(含氧气体)，燃料电池单元13能够发电。因此，通过在燃料电池包4的侧方如图4的虚线所示设置导入空气的空气导入构件(未图示)，而能够向燃料电池单元组3间供给空气。这种情况下，为了向位于燃料电池单元组3的燃料气体的上游侧的燃料电池单元13供给空气，空气导入构件的吹出口只要在未设置连接构件21、第二气体流路限制构件22的部位且在燃料电池单元组3的下方侧设置即可。然后，向燃料电池单元组3的下方侧供给的空气在相邻的燃料电池单元组3间朝向上方流动。
即，在燃料电池包4中，在相邻的燃料电池单元组3的右侧的侧部间，连接构件21沿着支承体11的长度方向设置，在相邻的燃料电池单元组3的左侧的侧部间，第二气体流路限制构件22沿着支承体11的长度方向设置，因此，由燃料电池单元组3、连接构件21、第二气体流路限制构件22围成的空间成为第二气体流路23，在供给含氧气体(有时也称为空气)时，成为含氧气体流路。
如此，通过燃料电池单元组3、连接构件21、第二气体流路限制构件22，在燃料电池单元组3间形成第二气体流路23，因此，减少暂时从燃料气体罐2上表面与连接构件21、第二气体流路限制构件22之间供给到燃料电池单元组3间的空气向燃料电池单元组3的外部流出的情况，从而能够向燃料电池单元13高效率地供给足量的空气。
此外，在将燃料电池单元组3互不相同地配置成锯齿状的以往的情况下，必须向左右各自的燃料电池单元组3之间的大空间内大量地供给含氧气体，而难以均匀且高效率地供给含氧气体，但在本方式中，如燃料电池包4那样将燃料电池单元组3排列成直线状，并将它们之间作为第二气体流路23，由此，能够向各燃料电池单元组3相同程度且高效率地供给含氧气体，从而能够提高空气利用率。需要说明的是，在燃料电池单元组3的宽度一致的状态下，可以弯曲地排列燃料电池单元组3。
另外，在燃料电池单元组3的上端部侧使发电未使用的燃料气体与发电未使用的空气燃烧的结构的燃料电池装置中，即使在向燃料电池包4供给的燃料气体及空气的量少的情况下，也能够高效率地将空气向燃料电池单元组3的上端侧供给，从而能够减少燃料电池装置发生失火的情况。
连接构件21的材质只要将燃料电池单元组3彼此电连接即可，并未特别限制，例如，由与单元连接构件15同样的材料形成。
需要说明的是，通过向单元组连接构件16与连接构件21的连接部涂敷含有Ag、Pt等贵金属的膏剂等导电性粘结剂，能够提高连接可靠性。而且，作为导电性粘结剂，从经济的观点出发，优选为含有Ni金属的膏剂。
第二气体流路限制构件22的材质对第二气体流路23进行限定，优选具有绝缘性。例如，可以利用氧化铝或在燃料电池装置中使用的隔热材料。
连接构件21及第二气体流路限制构件22的长度可以等于或大于燃料电池单元13的长度方向的长度。由此，以能够向燃料电池单元13充分地供给空气的方式形成第二气体流路23。需要说明的是，通过使连接构件21及第二气体流路限制构件22的长度方向的长度等于燃料电池单元13的长边的长度，而能够抑制连接构件21及第二气体流路限制构件22的成本并有效地抑制含氧气体的流出。
连接构件21及第二气体流路限制构件22与燃料电池单元组3可以通过陶瓷或玻璃等适当连接，但在将连接构件21接合的情况下，需要通过具有导电性的材质进行连接。将连接构件21及第二气体流路限制构件22与燃料电池单元组3以空气不会流出的方式无间隙地接合，由此，还能够将反应气体向燃料电池单元13供给。需要说明的是，第二气体流路限制构件22未必非要与燃料电池单元组3接合。
另外，连接构件21或第二气体流路限制构件22可以通过沿着支承体11的长度方向被分割为多个的构件形成。这种情况下，将多个构件隔开规定的间隔沿着支承体11的长度方向配置，能够形成为连接构件21或第二气体流路限制构件22。由此，在与燃料电池单元组3接合时，能够减少与连接构件21或第二气体流路限制构件22之间产生的应力。
另外，连接构件21或第二气体流路限制构件22可以通过沿着长度方向配置的一个构件形成。这种情况下，能够进一步减少在第二气体流路23中流动的含氧气体从燃料电池单元组3间流出的情况。
使用图5说明第二方式的燃料电池包4′。需要说明的是，在图5中，即使是剖面的构件，有时也省略了剖面线等的记载。
燃料电池包4′的第二气体流路限制构件22及连接构件21比配置在燃料电池单元组3a、3b的最侧方的燃料电池单元13靠外方设置。其他的结构与图4所示的燃料电池包4相同，对于同一构件标注同一附图编号。
更具体而言，在燃料电池包4′中，在比位于燃料电池单元组3b的单元连接构件15的下方的空气极18b靠燃料电池单元组3b的宽度方向的左侧配置第二气体流路限制构件22，在比位于燃料电池单元组3a的单元组连接构件16的下方的空气极18a靠燃料电池单元组3a的宽度方向的右侧配置连接构件21。
在第二方式的燃料电池包4′中，由于具有上述的结构，因此能够将空气极18a、18b的全部的部位配置在第二气体流路23的内部，从而能够向空气极18进一步供给空气。这种情况下，能够将连接构件21、第二气体流路限制构件22形成为致密体。通过将连接构件21形成为致密体，能够减小电阻。
聚集多个燃料电池包4、4′，组成发电组件。在该发电组件上安装用于将发电组件产生的电力向燃料电池外取出的电极，将该发电组件收容在收容容器内，制作燃料电池。
在燃料电池的使用时，将含氢的燃料气体通过导入管而导入燃料气体罐。另一方面，向燃料电池包4、4′的表面导入含氧的空气。若将燃料电池单元13加热成规定温度，则能够通过串联连接的燃料电池单元13高效率地发电。使用后的燃料气体、含氧气体向收纳容器外排出。
本发明并未限定为前述的方式。例如，在图1所示的燃料电池单元中，除了中空板状以外，也可以形成为中空圆筒状等形状。而且，在中空板状的支承体11的一方的侧面上形成2个，在另一方的侧面上形成2个，总计形成4个，但并未限定为该个数。
图6表示燃料电池包的第三方式，在该第三方式中，在相邻的燃料电池单元组3间且在连接构件21与第二气体流路限制构件22之间，间隔件25沿着支承体11的长度方向设置两个。这些间隔件25为绝缘性，间隔件25与燃料电池单元组3之间由粘结剂进行接合。
在反复进行从发电到发电停止时，燃料电池单元组3产生变形，即使利用连接构件21、第二气体流路限制构件22将燃料电池单元组3间接合，该接合部分也会发生老化，因而燃料电池单元组3间容易剥离。
相对于此，在连接构件21与第二气体流路限制构件22之间，将间隔件25沿着支承体11的长度方向设置，并与相邻的燃料电池单元组3接合，由此，能够可靠地保持相邻的燃料电池单元组3间的间隔，并且能够利用第二气体流路限制构件22、间隔件25及连接构件21可靠地将燃料电池单元组3间接合，即使在反复进行从发电到发电停止的情况下，也能够长期维持燃料电池单元组3间的接合固定。
图7(a)表示燃料电池包的第四方式，在该第四方式中，在相邻的第一燃料电池单元组3与第二燃料电池单元组3的对置的侧面上，将燃料电池单元13以分别位于它们之间的方式配置。需要说明的是，在图7中，示意性地记载了燃料电池单元组。
即，在相邻的燃料电池单元组3中，第一燃料电池单元组3的燃料电池单元13以位于第二燃料电池单元组3的形成在第一燃料电池单元组3侧的侧面上的燃料电池单元13之间的方式配置。
在这种燃料电池包中，第一燃料电池单元组3的燃料电池单元13位于第二燃料电池单元组3的燃料电池单元13之间，因此第一燃料电池单元组3与第二燃料电池单元组3之间的第二气体流路23的间隙大致相同，因此能够向形成在相邻的燃料电池单元组3的对置的侧面上的燃料电池单元13供给大致相同程度的空气，能够实现燃料电池单元组3的多个燃料电池单元13之间的发电性能的均匀化，能够减少一部分的燃料电池单元13的劣化。
另一方面，如图7(b)所示，在使第一燃料电池单元组3的燃料电池单元13与第二燃料电池单元组3的燃料电池单元13在第一、第二燃料电池单元组3之间对置的情况下，在第一、第二燃料电池单元组3的对置面上形成的燃料电池单元13分别面对，因此在第一燃料电池单元组3与第二燃料电池单元组3的对置的侧面上，第二气体流路23中的未形成燃料电池单元13的部分对置，该部分成为宽间隙，空气在该宽间隙中流动，空气利用率容易下降，但另一方面，对置的燃料电池单元13彼此因反应热而相互加热，能够提高发电性能。需要说明的是，单元连接构件15成为反映了燃料电池单元13的外表面形状的形状，形成有燃料电池单元13的部分与未形成燃料电池单元13的部分产生明显的高低差。
图8表示具有2个燃料电池包的燃料电池模块的方式，在该方式中，表示将图4所示的燃料电池包在收纳容器内并列设置两个的状态。需要说明的是，收纳容器的记载省略。
在该燃料电池模块中，以连接构件21成为内侧的方式将燃料电池包4并列设置两个。换言之，以燃料电池单元组3的排列方向成为平行的方式并列设置两个燃料电池包4，在各个燃料电池包4中，连接构件21位于内侧，第二气体流路限制构件22位于外侧。
进一步换言之，燃料电池单元组3包括具有从燃料电池单元组3的一方的侧面(下表面)到另一方的侧面(上表面)形成的单元连接构件15的一侧和不具有的一侧，在图8中，在右侧的燃料电池包4中的燃料电池单元组3的右侧形成将表背面的燃料电池单元13连接的单元连接构件15，在左侧的燃料电池包4中的燃料电池单元组3的左侧形成将表背面的燃料电池单元13连接的单元连接构件15。
在这种燃料电池模块中，将表背面的单元连接的单元连接构件15由于长度长而发热量大，但由于将表背面的燃料电池单元13连接的单元连接构件15位于并列设置有两个的燃料电池包的外侧，因此能够减少收纳容器内的温度分布。
【符号说明】
2 燃料气体罐
3 燃料电池单元组
4、4′ 燃料电池包
11 支承体
12 第一气体流路
13、13A、13B、13C、13D 燃料电池单元
14 中间连接器
15 单元连接构件
16 单元组连接构件
17 燃料极
18 空气极
19 固体电解质
21 连接构件
22 第二气体流路限制构件
23 第二气体流路
25 间隔件

Claims (11)

1.一种燃料电池包，其特征在于，
沿着第一方向延伸的柱状的多个燃料电池单元组以该燃料电池单元组的侧面彼此对置的方式隔开间隔进行排列，
所述燃料电池单元组沿着所述第一方向具有第一气体流路，并且，具有沿着与所述第一方向交叉的第二方向排列配置并串联连接的多个燃料电池单元，
在相邻的所述燃料电池单元组之间具备连接构件和第二气体流路限制构件，该连接构件将所述相邻的燃料电池单元组的燃料电池单元彼此电连接，该第二气体流路限制构件用于在其与该连接构件之间形成沿着所述第一气体流路的第二气体流路。
2.根据权利要求1所述的燃料电池包，其特征在于，
所述第二气体流路限制构件具有绝缘性。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池包，其特征在于，
所述连接构件由沿着所述第一方向分割的多个构件构成。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池包，其特征在于，
所述连接构件由沿着所述第一方向设置的一个构件构成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池包，其特征在于，
所述第二气体流路限制构件由沿着所述第一方向分割的多个构件构成。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池包，其特征在于，
所述第二气体流路限制构件由沿着所述第一方向设置的一个构件构成。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的燃料电池包，其特征在于，
所述第二气体流路限制构件及所述连接构件比配置在所述燃料电池单元组的最侧方的所述燃料电池单元靠外方设置。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的燃料电池包，其特征在于，
在相邻的所述燃料电池单元组之间且在所述连接构件与所述第二气体流路限制构件之间设置间隔件。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的燃料电池包，其特征在于，
在相邻的所述燃料电池单元组中，第一所述燃料电池单元组的所述燃料电池单元以位于第二所述燃料电池单元组的形成在所述第一燃料电池单元组侧的侧面上的燃料电池单元之间的方式配置。
10.一种燃料电池模块，其特征在于，将权利要求1～9中任一项所述的燃料电池包收纳在收纳容器内。
11.根据权利要求12所述的燃料电池模块，其特征在于，
以连接构件成为内侧的方式将两个所述燃料电池包并列设置在所述收纳容器内。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107851823A (zh) * 2015-08-31 2018-03-27 京瓷株式会社 燃料电池模块以及燃料电池装置
CN107978774A (zh) * 2017-12-07 2018-05-01 成都因纳维特科技有限公司 新能源汽车驱动氢燃料电池包

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6183777B2 (ja) * 2013-03-28 2017-08-23 Toto株式会社 固体酸化物型燃料電池装置
KR20160120301A (ko) * 2014-02-05 2016-10-17 엘코겐 오와이 전지 시스템용 조립 방법과 배열체
US20190157705A1 (en) * 2017-11-17 2019-05-23 Lg Fuel Cell Systems, Inc. Multiple fuel cell secondary interconnect bonding pads and wires
US10680270B2 (en) * 2017-11-17 2020-06-09 Lg Electronics, Inc. Fuel cell ink trace interconnect
US20190157702A1 (en) * 2017-11-17 2019-05-23 Lg Fuel Cell Systems, Inc. Fuel cell secondary interconnect
US11495820B2 (en) * 2018-07-27 2022-11-08 Kyocera Corporation Fuel battery cell and cell stack device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01170954U (zh) * 1988-05-23 1989-12-04
JP2007128739A (ja) * 2005-11-04 2007-05-24 Hitachi Ltd 燃料電池
JP2007134230A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Kyocera Corp 燃料電池セル、燃料電池セルスタック及び燃料電池
JP2007173115A (ja) * 2005-12-22 2007-07-05 Kyocera Corp セルスタック及び燃料電池

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01170954A (ja) 1987-12-25 1989-07-06 Matsushita Graphic Commun Syst Inc 静電記録装置
JP3898541B2 (ja) * 2002-03-22 2007-03-28 京セラ株式会社 セルスタック及び燃料電池
JP4192017B2 (ja) * 2003-03-12 2008-12-03 京セラ株式会社 セルスタック及び燃料電池
JP4545014B2 (ja) * 2005-02-22 2010-09-15 京セラ株式会社 燃料電池セル及びこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池
JP4966522B2 (ja) * 2005-07-28 2012-07-04 京セラ株式会社 燃料電池セルスタックにおける集電構造
JP4889288B2 (ja) * 2005-11-28 2012-03-07 京セラ株式会社 セルスタック及び燃料電池
JP5257826B2 (ja) * 2007-06-22 2013-08-07 Ｔｏｔｏ株式会社 燃料電池セルスタック、燃料電池セルスタックユニット及び燃料電池
JP5164985B2 (ja) * 2007-07-27 2013-03-21 京セラ株式会社 燃料電池モジュールおよびそれを具備する燃料電池装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01170954U (zh) * 1988-05-23 1989-12-04
JP2007128739A (ja) * 2005-11-04 2007-05-24 Hitachi Ltd 燃料電池
JP2007134230A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Kyocera Corp 燃料電池セル、燃料電池セルスタック及び燃料電池
JP2007173115A (ja) * 2005-12-22 2007-07-05 Kyocera Corp セルスタック及び燃料電池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107851823A (zh) * 2015-08-31 2018-03-27 京瓷株式会社 燃料电池模块以及燃料电池装置
CN107978774A (zh) * 2017-12-07 2018-05-01 成都因纳维特科技有限公司 新能源汽车驱动氢燃料电池包

Also Published As

Publication number Publication date
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US9160027B2 (en) 2015-10-13
JPWO2012015051A1 (ja) 2013-09-12
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